Дослідники з Массачусетського технологічного інституту здійснили одне з найточніших квантових випробувань сучасності, перевіривши культовий подвійний експеримент із щілинами у новому виконанні. Їхній підхід, що включає використання ультрахолодних атомів та окремих фотонів, не лише продемонстрував, як світло поводиться одночасно як хвиля і частинка, але й остаточно підтвердив правоту Нільса Бора — і помилку Альберта Ейнштейна.
Класичний експеримент із двома щілинами був задуманий як доказ хвильової природи світла, але з розвитком квантової механіки у XX столітті став символом глибшої проблеми: фотон виявляє властивості як хвилі, так і частинки, але ніколи — одночасно. І що більше ми намагаємось спостерігати один із аспектів, то менше бачимо інший.
У новому експерименті команда MIT під керівництвом Вольфганга Кеттерле створила найідеальнішу реалізацію класичного випробування. Вони замінили фізичні щілини на поодинокі ультрахолодні атоми, розташовані в лазерній решітці на мікрокельвінових температурах. Кожен фотон у слабкому світловому пучку міг розсіятися лише на одному атомі, дозволяючи вченим контролювати, як саме ця взаємодія фіксує шлях фотона — або не фіксує взагалі.
Ключовим елементом стало налаштування так званої “розмитості” положення атомів. Чим менш точно зафіксована позиція атома, тим більш «хвильовим» стає характер розсіювання. Вчені змогли плавно змінювати цей параметр, поступово зменшуючи видимість інтерференційного патерну. Таким чином, вони емпірично довели, що чим більше інформації про шлях фотона отримає атом, тим менше зберігається хвильовий ефект.
Особливо вражаючим стало те, що експеримент відтворив гіпотетичну ідею Ейнштейна про щілини на пружинах без самих пружин. MIT-дослідники замінили фізичну опору на квантову невизначеність: атоми тимчасово втрачали фіксацію в лазерній пастці і «вільно плавали» у вакуумі протягом мільйонної частки секунди. За цей час ефект повністю зберігався. Це спростовує аргументи на користь ролі «механічного відгуку» і підтверджує — важлива лише квантова взаємодія між фотоном та атомом.
Читайте також: Вчені розкрили таємну мову спілкування між системами AI
Результати підтверджують фундаментальні передбачення Бора та квантової механіки: спостереження змінює систему. Вчений Юн-Кюн Лі, один із учасників проєкту, зазначив, що це дослідження стало логічним продовженням 100-річної дискусії, що почалася ще в епоху формування квантової фізики. У рік, коли світ готується відзначити Міжнародний рік квантової науки та технологій, команда MIT змогла надати остаточне квантове роз’яснення класичної наукової суперечки.
Публікація з’явилася у журналі Physical Review Letters і вже викликала жвавий інтерес у науковій спільноті. Вона не лише вражає точністю експерименту, але й відкриває нові горизонти для контролю квантових процесів, які можуть лягти в основу майбутніх квантових технологій.
